[发明专利]一种模拟土体冻融循环的水热特性联合测试方法及系统

说明书

本发明涉及土体特性测试领域，具体涉及一种模拟土体冻融循环的水热特性联合测试方法及系统，所述水热特性联合测试方法包括以下步骤：将土体装入一容器，制备成测试样品；将测试样品连接TDR、KD2和T2检测仪，并将连接好的测试样品放入密封状态的恒温箱；设置恒温箱的冷冻温度，获取测试样品从常温达到冷冻温度过程中的冷冻数据，并在冷冻温度下冻结第一预设时间；获取测试样品在自然融化过程中的融化数据；试验结束。本发明动态反映土体冻融时间、温度、含水率和热传导系数之间的关系，实现多物理场耦合分析，更科学地探究土体的水热特性规律和工程性质。

技术领域

本发明涉及土体特性测试领域，具体涉及一种模拟土体冻融循环的水热特性联合测试方法及系统。

背景技术

冻土是指含有冰包裹体的土壤和岩石，是含冰晶的特殊土水体系。冻土温度通常在0℃以下，是非常典型的多相非均匀颗粒材料。

在土壤的冻融作用过程中，含水率的分布与变化，会引起土壤热特性参数以及溶质在时空上的变化，从而影响土壤热流和温度的分布；另一方面，温度以及溶质的变化将引起水分物理、化学性质的变化，从而导致土壤水分运动参数和基质势的变化而影响水分运动，同时温度梯度本身也会引起水分的运动。在土壤冻结过程中，冻结区的水分冻结成冰，处于冰、水共存状态，使土壤水热状况发生变化，土水系统的动态平衡遭到破坏，水分在土水势梯度作用下不断从未冻结区向冻结区迁移。其结果是在冻结区中，冰的含量不断增加，引起土体冻胀。随着气候的逐渐变暖，土壤从表层开始融化，而其下面的冻结层阻碍上层融水的下渗，导致上层土壤含水率增加，出现春涝翻浆等现象。冻融过程中，土壤的水、热状况发生了剧烈的变化。

研究土壤冻融过程中的水热变化规律对于研究冻土的工程性质具有重要意义，但目前并没有系统的室内外试验方法来研究土体的水热特性。因此，设计一种模拟土体冻融循环，并且即可在室内又可在室外进行的土体水热特性联合测试方法及系统，一直是本领域技术人员重点研究的问题之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种模拟土体冻融循环的水热特性联合测试方法，解决研究土壤冻融过程中的水热变化规律的问题。

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种模拟土体冻融循环的水热特性测试系统，解决研究土壤冻融过程中的水热变化规律的问题。

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种模拟土体冻融循环的水热特性联合测试方法，其特征在于，所述水热特性联合测试方法包括以下步骤：

将土体装入一容器，制备成测试样品；

将测试样品连接TDR、KD2和T2检测仪，并将连接好的测试样品放入密封状态的恒温箱，其中，TDR检测仪用于检测测试样品的含水率，KD2检测仪用于检测测试样品的热传导系数，T2检测仪用于检测测试样品的温度；

设置恒温箱的冷冻温度，获取测试样品从常温达到冷冻温度过程中的冷冻数据，并在冷冻温度下冻结第一预设时间；

获取测试样品在自然融化过程中的融化数据；

试验结束。

其中，较佳方案是所述水热特性联合测试方法还包括以下步骤：

在测试前，将测试样品注水至饱水状态，并在真空环境中保持饱水状态第二预设时间。

其中，较佳方案是所述水热特性联合测试方法还包括以下步骤：

在测试样品从常温达到冷冻温度过程中，并在测试样品的温度降至预设温度时开始周期性获取冷冻数据，直至测试样品的温度达到冷冻温度；

在测试样品自然融化过程时开始周期性获取融化数据，直至试验结束；

其中，所述冷冻数据和融化数据为测试样品的含水率和热传导系数。